[發明專利]一種采用硬碳正極材料的雙離子電池制備方法

在審

• 申請號: 201710772100.X
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107634225A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 林楷睿
• 申請（專利權）人: 福建新峰二維材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/052;H01M10/054;H01M10/058;C01B32/05
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及雙離子電池技術領域，尤其涉及一種采用硬碳正極材料的雙離子電池制備方法。

背景技術

鋰離子電池(LIBs)比能量高，循環性能好，在消費電子領域應用中取得了巨大的成功，但是鋰離子電池成本高，同時受限于原材料價格高，鋰離子電池目前的成本降低空間有限。為了降低成本，人們開發了多種高能量密度的蓄電池，其中最近幾年新興的雙離子電池就是其中之一。

與鋰離子電池的正負極之間只有Li⁺參與反應不同，雙離子電池的充電的過程中，陰離子在電場的作用下向正極遷移，嵌入到正極結構之中，陽離子向負極遷移，嵌入到負極之中，放電的過程則與之相反，正極和負極中的離子脫出，回到電解液中，恢復電解液的濃度。陰離子嵌入正極材料的數量直接影響了雙離子電池容量，目前雙離子電池使用的正極材料主要是石墨材料，石墨正極材料層與層之間間隙較小，其最高理論容量只有106mA h g^-1；石墨正極材料在鋰雙離子電池實際應用中只提供了60-70mA h g^-1左右的比容量。因此，雙離子電池容量還有待提高。

發明內容

為解決目前雙離子電池使用石墨正極材料提供較低的比容量等問題，本發明提供了一種采用硬碳正極材料的雙離子電池制備方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種采用硬碳正極材料的雙離子電池制備方法，所述方法包括如下步驟：

前驅體脫水處理；

脫水處理后的前驅體進行高溫碳化處理，得到硬碳正極材料；

制備混合碳負極材料；

制備金屬鹽電解液；

將硬碳正極材料、混合碳負極材料和金屬鹽電解液組裝成雙離子電池。

進一步的，所述前驅體為植物類、生物質類、高分子材料類、化石燃料類等中的至少一種；所述植物前驅體為土豆、玉米棒芯、芋頭、紅薯、木薯、南瓜的至少一種，所述高分子材料前驅體為吡咯、PVC、PET、PEN、EN的至少一種，進一步優選的，所述化石燃料前驅體為煤渣、乙炔黑的至少一種。

進一步的，所述高溫碳化處理為在氮氣保護氣氛下，在700-1200℃的高溫下對前驅體進行碳化處理2-24h。

進一步的，所述制備混合碳負極材料的方法為將兩種或多種碳材料按一定比例進行混合，然后在絕水環境下研磨10-15h，再在保護氣體氛圍下以2-5℃的升溫速率升溫到80-150℃，然后恒溫處理10-20h，得到混合碳負極材料。

進一步的，所述碳材料為石墨烯、氧化石墨烯、石墨、石墨粉、納米石墨、納米石墨粉、碳納米管、活性炭粉、膨脹石墨、膨脹石墨烯、三維石墨烯、炭黑、軟碳、石墨球的至少一種。

進一步的，所述金屬鹽電解液為氟化鋰(或鈉、鉀)、六氟磷酸鋰(或鈉、鉀)、四氟硼酸鋰(或鈉、鉀)、高氯酸鋰(或鈉、鉀)中的一種。

由上述對本發明結構的描述可知，和現有技術相比，本發明具有如下優點：

1、本發明直接對前驅體進行高溫碳化處理得到硬碳材料，制備方法簡單，原材料易得，生產成本低，制備的硬碳材料安全，使得其制備的雙離子電池環保，便于回收。

2、本發明制備的硬碳材料保持了前驅物原有的形貌特點，層狀結構無序不規則，層間的間隙大小不一，且很多層間距大于石墨層間距，使得充電過程中正極材料中陰離子的負載量大幅度增加，從而提高雙離子電池的比容量，同時在放電時陰離子還能基本完全脫嵌，經過長期循環容量不衰減，使得雙離子電池循環壽命超長。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明一種采用硬碳正極材料的雙離子電池制備方法的流程圖；

圖2為本發明實施例1提供的硬碳正極材料的TEM圖和SEM圖；

圖3為本發明實施例1提供的鋰雙離子電池在1A/g電流密度下的充放電曲線圖；

圖4為本發明實施例1提供的鋰雙離子電池在1A/g電流密度下的長期充放電循環曲線圖；

圖5為本發明實施例2提供的硬碳正極材料的TEM圖和SEM圖；

圖6為本發明實施例2提供的鈉雙離子電池在1A/g電流密度下的充放電曲線圖；

圖7為本發明實施例2提供的鈉雙離子電池在1A/g電流密度下的長期充放電循環曲線圖；

圖8為本發明實施例2提供的鈉雙離子電池在100mA/g的電流密度下的充放電循環曲線圖。